DE69813862T2

DE69813862T2 - Verfahren und einrichtung zur ladesteuerung in einem elektrischen system mit zwei batterien

Info

Publication number: DE69813862T2
Application number: DE69813862T
Authority: DE
Inventors: J. Dougherty; E. Iverson; P. Segall; L. Watts
Original assignee: Johnson Controls Technology Co
Current assignee: Johnson Controls Technology Co
Priority date: 1997-10-27
Filing date: 1998-10-27
Publication date: 2003-12-11
Anticipated expiration: 2018-10-28
Also published as: EP1025632B1; CA2308273A1; JP2001521851A; EP1025632A1; DE69813862D1; BR9813143A; CN1277748A; WO1999022434A1

Description

QUERBEZUG AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN

Die Priorität der amerikanischen vorläufigen Patentanmeldung Nr. 60/063 516, eingereicht am 27. Oktober 1997 mit dem Titel "Dual Battery Electrical System" wird hiermit beansprucht.

TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf elektrische Systeme von Kraftfahrzeugen und im besonderen auf ein elektrisches duales Batteriesystem zur Zufuhr elektrischer Energie zum Motorfahrzeug und zur Aufrechterhaltung der Ladung des dualen Batteriesystems.

STAND DER TECHNIK

Typischerweise besitzen Fahrzeuge, welche durch einen Brennkraftmotor angetrieben werden, einen elektrischen Anlasser zum Starten des Motors. Der Anlasser ist elektrische angeschlossen an einen Startschaltkreis, der die elektrische Energie von einer elektrischen Speicherbatterie erhält. Wenn der Zündschlüssel betätigt wird, wird Leistung von der Batterie dem Anlasser zugeführt" um die Brennkraftmaschine in Drehung zu versetzen. Bei üblichen Fahrzeuganwendungen sind Einrichtungen vorgesehen, wie elektronische Einrichtungen zur Steuerung des Motors, Beleuchtungssysteme und Fahrzeugzusatzelemente, die eine elektrische Belastung der Batterie oder der Drehstromlichtmaschine darstellen, wenn der Fahrzeugmotor läuft.
Herkömmliche Batterien werden oft bezeichnet als Start- Beleuchtungs- und Zündbatterien (SLI-Batterien). Hinsichtlich der Auslegung und des Aufbaues sind dieses mehrzellige Bleisäurebatterien, die mit Bleiplatten aufgebaut sind, welche das aktive Material tragen und in Stapeln angeordnet sind. Diese Stapel werden in die unterteilten Zellenabteilungen des Batteriebehälters eingesteckt, elektrisch angeschlossen und mit einem verdünnten Säureelektrolyt geflutet.
Das Anlassen oder Starten erfordert eine große Leistungsabgabe für eine kurze Zeitdauer. SLI-Batterien mit diesem Aufbau sind ohne weiteres ausgelegt, um die relativ hohe Leistungsanforderung bereitzustellen, die für das Anlassen des Motors erforderlich ist.
Das Aufrechterhalten elektrischer Lasten innerhalb des Fahrzeuges, sowohl während des Fahrzeugbetriebes als auch während der Zeiten des Stillstandes, trägt zu einem relativ niedrigen Leistungserfordernis bei als das Starten. SLI-Batterieausgestaltung ist schwierig für die Leistungsoptimierung, sowohl bei einer kurz dauernden hohen Leistungsabgabe als auch während einer lang dauernden niedrigen Leistungsgabe. Ein zusätzlicher Nachteil von SLI-Batterien ist die relativ niedrige spezifische Energie (Kilowatt-Stunden/Gramm (kWh/g)), verglichen mit anderen Batterieaufbauten aufgrund des Gewichtes der Bleiplatten und des flüssigen Elektrolyten.
In jüngerer Zeit wurden für die Fahrzeugleistungssysteme zwei Batterien eingebaut. Eine erste Batterie in dem System, eine Starterbatterie, ist optimiert für den Motorstart, d. h. sie ist ausgelegt speziell für eine kurzzeitige Hochleistungsabgabe. Eine zweite Batterie in dem System, eine Reservebatterie, ist optimiert für den Betrieb und die Aufrechterhaltung von elektrischen Lasten außerhalb des Startens. Ein Vorteil eines derartigen Systems liegt darin, daß die Starterbatterie kleiner und leichter hergestellt werden kann, jedoch in der Lage ist, eine hohe Leistung während einer kurzen Zeitdauer abzugeben. Des weiteren kann die Reservebatterie kleiner und leichter hergestellt werden, jedoch in der Lage sein, die relativ niedrigen Leistungsanforderungen des Fahrzeugzubehörs zufrieden zu stellen. In Kombination können die beiden Batteriesysteme ausgelegt werden, daß sie weniger Raum und Gewicht einnehmen als eine einzige herkömmliche SLI- Batterie.
Duale Batteriesysteme erfordern Steuerschaltungen zum Aufrechterhalten der Ladung beider Batterien in dem System. Typischerweise umfaßt das Fahrzeug eine Regulierungseinrichtung, die den Ausgang der Drehstromlichtmaschine regelt in Abhängigkeit von den Ladungserfordernissen der SLI-Batterie und der elektrischen Fahrzeuglasten. Bei einem dualen Batteriesystem liefert jeder Batterietyp Leistung und empfängt die Ladung in einem unterschiedlichen Ausmaß. Beispielsweise liefert die Starterbatterie Leistung in einem sehr hohen Ausmaß und nimmt in ähnlicher Weise Ladung in einem hohen Ausmaß auf. Im Gegensatz hierzu liefert die Reservebatterie Leistung mit einem niedrigeren Ausmaß und nimmt Ladung mit einem niedrigeren Ausmaß auf. Jede Batterie zeigt typischerweise einen unterschiedlichen Ladungsstatus und erfordert dementsprechend eine unterschiedliche Aufrechterhaltung der Ladung. Zusätzliche Vorteile können auch erzielt werden bei der Auswahl des Ankoppelns oder Entkoppelns der Batterie während des Nichtbetriebes, des Startens und der Betriebsperioden des Fahrzeuges. Es ist jedoch eine sorgfältige Überwachung erforderlich, um weder das elektrische Fahrzeugsystem oder das duale Batteriesystem zu schädigen.
Dementsprechend ist ein duales Batteriesystem für Fahrzeuge beim Starten und beim Betrieb erforderlich, bei welchem die Vorteile der reduzierten Größe und des Gewichtes bereitstellt wird, wie auch eine Leistungs- und Ladeüberwachung.
Die US-PS 5 162 164 (Dougherty et al) beschreibt ein duales Batteriesystem, bei welchem zwei Batterien in einem Gehäuse enthalten sind. Somit leuchtet ein, daß die Identifizierung von zwei Batterien bedeutet, ohne Einschränkung, eine Anordnung in entweder zwei getrennten Gehäusen oder in einem Gehäuse.
Die US-PS 5 525 891 beschreibt ein Fahrzeug mit einer Starterbatterie, einer Reservebatterie sowie einem Ladungs-/Trennmodul, welches einen Ladeschaltungspfad bildet, welcher eine Verbindung von der Reservebatterie zur Starterbatterie herstellt. Die Ladeschaltung wird angeschlossen und gelöst in Abhängigkeit von der Starterbatteriespannung, der Reservebatteriespannung und dem Ein-/Aus-Status des Fahrzeuges.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung stellt eine Steuerschaltung für ein duales Energiespeichersystem für ein Fahrzeug bereit. Während die Erfindung beschrieben wird im Hinblick auf zwei Batterien, werden auch Systeme in Betracht gezogen, bei welchen ein Starterbatterie ersetzt wird durch einen Starterkondensator. Der Begriff "Ladeenergiequelle" soll so verstanden werden, daß er Batterien, Kondensatoren und andere Typen äquivalenter Ladungsenergiequellen umfaßt.
Bei verschiedenen bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden elektronische Batteriesteuereinrichtungen, elektronische Fahrzeugsteuerungen und Kombinationen dieser elektronischen Steuerungseinrichtung eingesetzt für dis Batterieladungsüberwachung und eine verbesserte Systemleistungsfähigkeit. Beispielsweise ist das System anpaßbar zur automatischen Bestimmung des Ladungsstatus der Batterien in dem System und zum Ankoppeln entsprechend dem Erfordernis der Batterie oder der Batterien mit einer hinreichenden Ladung zum Betrieb der essentiellen elektrischen Fahrzeuglasten und zur Bereitstellung der Energie für den Startvorgang.
Darüber hinaus reduziert eine bevorzugte Ladungsmanagement- Strategie das Potential für eine Überladung einer oder mehrere Systembatterien, während jedoch jede der Batterien in einem ladungsbereiten Zustand gehalten wird.
Diese und weitere Vorteile und Ziele der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, wobei Bezug genommen wird auf die beigefügten Zeichnungen, die einen Teil der Lehre der Erfindung bilden und in welchen eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung erläutert ist. Die Beschreibung und Erläuterung der bevorzugten Ausführungsform ist lediglich beispielhaft und soll keine Beschränkung bedeuten. Hinsichtlich der verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung innerhalb des erfindungsgemäßen Rahmens wird Bezug genommen auf die der Beschreibung folgenden Ansprüche.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm zur Erläuterung eines dualen Batteriesystems, welches angepaßt ist an ein elektrisches System eines Motorfahrzeuges gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ist eine detaillierte schematische Erläuterung einer dualen Batteriesystemsteuerung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und
Fig. 3 ist ein detailliertes schematisches Diagramm einer Spannungsverstärkerschaltung entsprechend der Darstellung in Fig. 2.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 umfaßt ein elektrisches Fahrzeugsystem 10 eine Starterbatterie, die auch als eine Hochleistungsbatterie (HPB) bezeichnet wird. Dies bezieht sich auf die hohe augenblickliche oder kurzzeitige Leistung, die erforderlich ist, um das Fahrzeug zu starten. Die Starterbatterie HPB ist angeschlossen über ein Paar von Schaltkontakten 12 an einen elektrischen Anlasser (S) 13. Der Anlasser 13 ist mechanisch an die Brennkraftmaschine (nicht dargestellt) angekoppelt über eine Ausgangswelle (nicht dargestellt) und wenn der Anlasser 13 sich dreht, setzt er die Brennkraftmaschine in Umdrehungen, um die Verbrennung des Brennstoffes in der Anwesenheit eines Funkens einzuleiten.
Die Starterbatterie HPB ist vorzugsweise eine Batterie jüngster Technologie, die die erforderliche hohe Startleistung in einem kleineren Volumen bereitstellt als herkömmliche SLI-Batterien. Ein solcher neuer Typ einer Starterbatterie ist gezeigt und beschrieben in der gleichzeitig schwebenden amerikanischen Patentanmeldung Nr. 08/870 803, eingereicht am 6. Juni 1997 und übertragen auf den Inhaber der vorliegenden Erfindung mit dem Titel "Modular Electric Storage Battery". Eine solche Starterbatterie könnte typischerweise 800 Ampere eines Stroms zur Verfügung stellen bei einer Startspannung von 10,0 Volt beim Starten und eine Reserveleistungskapazität von 4,5 Ampere/Stunden aufweisen.
Das elektrische Fahrzeugsystem 10 umfaßt auch eine Reservebatterie (RES), bei welcher es sich vorzugsweise um einen absorptiven Glasmatten typaufbau (AGM) handelt mit einer hohen Reservekapazität. Die Reservebatterie RES ist angepaßt zur Bereitstellung eines relativ niedrigen Entladungsausmaßes über eine längere Zeitdauer. Dies Reservebatterie kann typischerweise ein Kapazitätsausmaß besitzen von 23 Ampere/Stunden an Energiespeicherkapazität und ein Abgabeausmaß von 25 Ampere bei einer Nominalspannung von 11 Volt.
Neben der Reservebatterie RES ist eine herkömmliche Drehstromlichtmaschine (A) 14 vorgesehen, bei welcher es sich um einen Typ eines elektrischen Generators handelt, der durch die Brennkraftmaschine angetrieben wird, um gleichgerichtete Gleichspannung bereitzustellen für das Laden der Batterien und zum Betrieb der anderen Lasten in dem Fahrzeug.
Ein Zündschlüssel mit zwei Schaltpositionen "Ein" und "Start" befindet sich zwischen zwei Schaltern EIN und START in bezug auf die Angaben in Fig. 1. Die Fahrzeugreservebatterie ist an einige Widerstandslasten 15 angeschlossen (Kofferraumlicht z. B.), auch wenn der EiN-Schalter offen ist (die "Aus"- Position). Die Widerstandslast 16 repräsentiert die Fahrzeuglasten wenn der Zündschlüssel betätigt wird, um den EIN-Schalter zu schließen, welcher geschlossen bleibt während des Startens und nach dem Starten. Der START-Schalter wird während des Startens geschlossen, um elektrische Energie von der Lichtmaschine 14 über den Widerstand 17 zuzuführen, worauf er anschließend geöffnet wird.
Essentielle Fahrzeuglasten können solche Belastungen einschließen, wie etwa FahrzeugmototlKraftübertragungssteuerung, Beleuchtungssysteme, Bremssystemsteuerung, Sicherheitssystemsteuerung und ähnliches, die eingeschaltet sind während des Fahrzeugbetriebes. Andere Fahrzeuglasten können Unterhaltungssysteme, Komfortmerkmale und andere umfassen, die nicht essentiell sind oder erforderlich sind für den Fahrzeugbetrieb.
Wenn der Zündschlüssel in die "Start"-Position geführt wird ("START"-Schalter und "EIN"-Schalter geschlossen), wird eine Zündspule L1 erregt, um die Startkontakte 12 zu schließen und Energie wird zugeführt von der Starterbatterie HPB zum Anlasser 13.
Während der Zeiten wenn der Fahrzeugmotor abgeschaltet ist und zu Zeiten, nachdem das Fahrzeug gestartet wurde, ist es erstrebenswert, die Starterbatterie HPB aufzuladen. Wenn das Fahrzeug betrieben wird, wird ein solches Wiederaufladen der Batterie durch die Lichtmaschine 14 bereitgestellt. Wenn das Fahrzeug abgeschaltet ist, kann eine solche Ladung nun vorgesehen werden durch die Reservebatterie RES.
Um die Spannung und das Ausmaß des Aufladens der Starterbatterie HPB zu steuern, wird diese über einen Ladeschaltkreis 20 angekoppelt einschließlich einer Spannungsverstärkerschaltung 21, die nachfolgend zu beschreiben sein wird. Der Ladeschaltkreis 20 ist elektrisch an die Starterbatterie HPB angeschlossen über ein Relais 18 mit einer normalerweise geschlossenen (NC)- Position und einer offenen (O)-Position, die repräsentiert ist durch entsprechende Kontakte "NC" und "O". Wenn das Relais 18 sich in dem normalerweise geschlossenen Zustand befindet, wird der Ladeschaltkreis 20 an der anderen Seite an die Starterbatterie HPB angeschlossen. Um betreibbar zu sein, muß jedoch auch der Ladeschaltkreis 20 an die Reservebatterie RES angeschlossen sein, um Leistung aufzunehmen und der Ladeschaltkreis 20 muß in die Lage versetzt werden über ein Signal auf eine Freigabeleitung, die von einer elektrischen Steuerung 30 ausgeht. Bei erregtem Relais 18 wird der Ladeschaltkreis 20 durch einen alternativen Schaltpfad geführt einschließlich eines optionalen PTC (positiver Temperaturkoeffizient)-Widerstand 19. Dieser PTC-Widerstand 19 wirkt als zeitabhängige Sicherung und stellt in seiner Wirksamkeit einen offenen Schaltkreis zur Verfügung bei bestimmten Schwellenwerten des Stromes, der für eine entsprechende Zeitdauer läuft, worauf dann eine Rückstellung erfolgt, nachdem der Strom hinreichend abgefallen ist. Ein 9-Ampere-Vielfachschalter, der verfügbar ist von Raychem, ist ein Beispiel für eine geeignete Komponente, die für diesen Zweck einsetzbar ist. Die Steuerung 30 ist auch an die Relaisspule R1 angeschlossen für den Betrieb des Relais 18. Die Steuerung 30 ist darüber hinaus angeschlossen, um den Status des Zündschalters an einem Eingang zu erfassen. Die Steuerung 30 ist auch über die Dioden D1 und D2 angeschlossen zum Leistungsempfang von den Batterien HPB, RES. Ein Leistungszuführkondensator 22 schließt die Kathode der Diode D1 in dem Schaltungspfad an, welcher von der Starterbatterie HPB kommt.
Die Steuerung 30 arbeitet in Übereinstimmung mit einer Gruppe von logischen Zuständen, wobei die Logik und die Programmierung derselben später noch erläutert werden wird.
Unter Bezugnahme auf Fig. 2 ist als nächstes das elektrische Fahrzeugsystem 10 dargestellt in größerem Detail bezüglich des Ladeschaltkreises 20 und der elektronischen Steuerung 30. Eine detaillierte Schematik der Spannungsverstärkungsschaltung 21 ist in Fig. 3 wiedergegeben.
Die Reservebatterie RES ist über die Diode D3 an einen Spannungsregulator 23 angeschlossen, um eine +5-Volt-Spannung bereitzustellen für die Unterstützung der Elektronik in dem Schaltkreis, der in Fig. 2 wiedergegeben ist. Ein DIP-Schalter 24 und (nicht dargestellte) Hochziehwiderstände sind vorgesehen, um eine Mehrzahl von Eingängen in einen PAL-Schaltkreis 25 bereitzustellen, welcher die Steuerungslogik für die Gesamtschaltung zur Verfügung stellt, wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist. Der PAL-Schaltkreis ist vorzugsweise ein integrierter PALCE22V10Z-251P-Schaltkreis, der verfügbar ist von Vantis als Nachfolger von Advanced Micro Devices. Eine Zeitbasisgeneratorschaltung 26 stellt Zeitgebersignale bereit für den PAL-Schaltkreis 25. Der Schaltkreis 26 schließt eine ICM 7555-integrierte Zeitgeberschaltung ein, verfügbar von Harris Semiconductor. Diese Schaltung stellt Taktgebersignale bereit, wie etwa einen Impulszug mit einer 5s-periodischen Wellenform, die gezählt wird durch den PAL-Schaltkreis 25, um die längeren Verzögerungsperioden zu takten.
Die Reservebatterie RES ist mit ihrem Ausgang an einer Teilerschaltung 27 angeschlossen, um den Ausgang auf ein +2,5 Volt-Nomialniveau zu skalieren. Die Tellerschaltung 27 ist mit vier Paaren von Widerständen in Reihe versehen, dis einen Präzisionsspannungsteiler bilden mit vier Abnahmegrößen, die bestimmt werden durch den angestrebten Schaltpunkt der Komparatoren 28. Die Komparatoren 28 sind TLC22521P-Dual-OP-Amps, die verfügbar sind von Texas Instruments. Die Komparatoren 28 vergleichen den Ausgang der Reservebatterie RES mit verschiedenen Schwemmwerten einschließlich 12,2 V Gleichspannung, 13,1 V Gleichspannung, 13,4 V Gleichspannung, deren Bedeutung nachfolgend noch erläutert werden wird. Die Ausgänge der Komparatoren 28 werden an die Eingänge der PAL-Schaltung 25 angeschlossen, um die Spannung der Reservebatterie RES zu erfassen.
Die Starterbatterie HPB in Fig. 2 ist an den HPB-Schaltereingang des Relais 18 angeschlossen, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist. Die normalerweise geschlossene (NC)-Klemme in Fig. 2 ist an eine Spannungsverstärkerschaltung 21 angeschlossen, über welche es sich um eine detailliertere Ausführungsform der Lageschaltung 20 in Fig. 1 handelt. Die Spannungsverstärkerschaltung 21 übersetzt oder konvertiert die Spannung der Reservebatterie von ihrem Niveau bei 13,1 bis 13,4 V auf ein Niveau wie etwa 14,0 V, wodurch der vollgeladene Zustand der Starterbatterie HPB repräsentiert wird. Die Spannung der Starterbatterie wird erfaßt über den Spannungsverstärker-Schaltungsanschluß und durch eine weitere Gruppe von Komparatoren 29, die die Schwellenwerte erfassen, wie etwa 14,0 Gleichspannung, 13,8 Gleichspannung und 12,75 Gleichspannung für die Starterbatterie HPB, wobei die Bedeutung dieser Schwellenwerte nachfolgend erläutert wird. Der gleiche Typ von kommerziellen Schaltungen kann für die Komparatoren 29 eingesetzt werden, wie dies zuvor für die Komparatoren 28 beschrieben wurde. Eine zweite Spannungsteilerschaltung 33 ist zwischen dem Ausgang des Spannungsverstärkerkonverters 21 und die Eingänge der Komparatoren 29 angeschlossen. Die Spannungsteilerschaltung 33 wird gebildet durch Transistorpaare und die Komparatorumschaltpumpe auf einen Nominalwert von +2,5 V zu skalieren.
Die Fig. 2 zeigt, daß die PAL-Schaltung 25 den Betrieb des Relais 18 steuert über ein TI-EIN-Signal, welches an die Basis eines Transistors T1 gelegt wird, um den Transistor T1 zu schalten und es dem Strom zu ermöglichen, die Relaisspule R1 zu durchfließen.
Die Fig. 3 zeigt die Spannungsverstärkerschaltung 21, die um einen Impulsbreitenmodulator-(PWM)Schaltkreis konstruiert ist, welcher mit einem UC3844 N integrierten Schaltkreis versehen ist, verfügbar von Unitrol, sowie mit einem 20uH-Induktor 32. Der Induktor 32 ist an einer Seite des Vc-Stiftes an dem PWM-Schaltkreis angelegt und auf seiner anderen Seite an einen Kollektor eines Transistors Q1. Ein Ausgangsstift an dem PWM-Schaltkreis steuert die Basis des Transistors U1, um den Transistor U1 umzuschalten. Der Ausgang des Induktors 32 ist über die Diode D5 an den NC-Kontakt des Relais 18 angeschlossen (Fig. 2). Der PWM-Schaltkreis 31 wird erregt über eine ENABLE-Leitung von der Steuerung 30, die einen Transistor Q2 schaltet, um einen Erdungspfad für den Schaltkreis 31 bereitzustellen. Der PWM-Schaltkreis 31 besitzt entsprechende Ladungsnetzwerke zur Steuerung des Signals von der OUTPUT-Klemme, die den Ausgang des Induktors 32 steuert. Der Induktor 32 besitzt die Spannung der Reservebatterie RES, die an die Eingangsseite gelegt wird und der Ausgang wird gesteuert durch den PWM-Schaltkreis 31. Das Ein- und Ausschalten des PWM- Schaltkreises bewirkt, daß die Spannung am Ausgang des Induktors ansteigt auf ein Niveau höher als die 13,1 bis 13,4 V, die sich an der Reservebatterie ergeben. Das Schalten erzeugt eine Ausgangsspannung von etwa 14,0 Gleichspannung. Der Ausgang des Induktors 32 wird an die Komparatoren, die in Fig. 2 dargestellt sind, angekoppelt, um das Spannungsniveau der Starterbatterie zu erfassen. Der Ausgang des tnduktors 32 wird auch an den normalerweise geschlossenen (NC)- Kontakt des Relais 18 gelegt, welches, wenn sich das Relais in den normalerweise geschlossenen Zustand befindet an die Starterbatterie HPB angelegt wird.

Betrieb

Für den Fahrzeugmotor gelten drei Zustände: 1) Ruhe 2) Starten und 3) Laufen. Die Steuerung 30 erfaßt diese Zustände durch die Erfassung des Zustandes des Zündschalters repräsentiert durch die EIN- und START-Schalter in Fig. 1.
Wenn sich das Fahrzeug im Ruhezustand befindet und die Spannung der Starterbatterie abnimmt auf ein vorbestimmtes Niveau, wie etwa 12,7 V Gleichspannung, zeigt dieses an, daß das Fahrzeug für eine längere Zeitdauer ausgeschaltet war, wie etwa einen Monat. Dann wird der Ladeschaltkreis 20 aktiviert, um es der Reservebatterie RES zu ermöglichen, die Starterbatterie HPB aufzuladen unter der Voraussetzung, daß die Reservebatterie eine Spannung von mindestens 12,2 V Gleichspannung besitzt, welche signifikant sind für deren Ladeniveau. Einer der Komparatoren 28 erfaßt den 12,2 V Schwellenwert für die Reservebatterie RES. Einer der Komparatoren 29 erfaßt den 12,75 V Schwellenwert für die Starterbatterie HPB. Der Ladeschaltkreis 20 wird aktiviert für eine Zeitdauer, die durch die logische Schaltung in PAL 25 bestimmt wird und die Spannungserfassung der HPB-Batterie.
Wenn der Fahrzeugmotor läuft, wird dies durch die Steuerung 30 erfaßt und vorausgesetzt, daß die Reservebatterie RES Spannung den oberen +13,4 V-Schwellenwert überschreitet, wird das Relais 18 erregt, um den bewegbaren Relaiskontakt zu veranlassen, den in offener Position befindlichen Kontakt zu kontaktieren. Während dieser 20 min-Dauer fließt Ladung von der Lichtmaschine 14 sowohl zur Reservebatterie RES als auch zur Starterbatterie HPB über den PTC-Widerstand 19. Wenn der Zeitgeber abläuft oder wenn die Reservebatterie unter den 13,1 V-Schwellenwert abfällt, zeigt dies an, daß die Reservebatterie zu niedrig ist, um eingesetzt zu werden für die Wiederaufladung der Starterbatterie. Das Relais 18 befindet sich in der normalerweise geschlossenen (NC)-Position, aber das ENABLE-Signal zum Ladeschaltkreis 20 wird entregt, um die Starterbatterie 14 von der Empfangsladung von der Reservebatterie RES zu lösen. Dies macht es der Lichtmaschine 14 möglich, die Reservebatterie RES zu laden, und sie wird geschützt gegen eine Entladung über die Starterbatterie HPB. Wenn umgekehrt die Starterbatterie Spannung über den 14,0 V-Schwellenwert ansteigt für eine längere als eine vorbestimmte Zeitdauer, repräsentiert dies einen vollgeladenen Zustand der Starterbatterie HPB und empfängt nicht länger Ladung von der Reservebatterie RES, so daß das Relais 18 entregt wird und der Ladeschaltkreis 20 entfähigt wird, den Ladungszustand der Reservebatterie RES zu schützen und eine Überladung der Starterbatterie zu verhindern.
Wenn die Ladung der Starterbatterie HPB unter 13,8 V abfällt und angenommen, daß der Fahrzeugmotor läuft, erregt der PAL-Schaltkreis 25 das Relais 18, um die Aufladung der Starterbatterie HPB von der Lichtmaschine 14 über den PTC-Widerstand 19 zu ermöglichen.
Eine dritte Funktion wird bereitgestellt, wenn das Fahrzeug startet. Wenn die Steuerung 30 erfaßt, daß die Reservebatterie unter einem Schwellenwert liegt, so daß die Reservebatterie praktisch tot ist, wird nicht auf die erste Betätigung des Zündschalters gestartet, sondern es wird gestartet beim zweiten Versuch.
Es leuchtet ein, daß gemäß einer alternativen Ausführungsform die Komponenten, die innerhalb der gestrichelten Linien in Fig. 2 dargestellt sind, wie die Steuerung 30 ersetzt werden können durch eine äquivalente mikroelektronische Zentralrechnereinheit (CPU), die entsprechend programmiert ist, um die hier beschriebenen Funktionen auszuführen. Eine externe Zeitgeberschaltung würde erforderlich sein, um die Signale dem CPU-Schaltkreis zuzuführen. Ein solcher Schaltkreis kann Analog-zu-Digital-Eingänge aufweisen, um die Batteriespannungsniveaus zu erfassen.
Während darüber hinaus bei den dargestellten Ausführungsformen ein Relais 18 die Schaltungseinrichtung ist, die die Anschlüsse der Starterbatterie HPB zu den verschiedenen Ladungsquellen steuert, leuchtet ein, daß verschiedene Typen und Zahlen von Halbleitereinrichtungen stattdessen eingesetzt werden können, um diese Funktion auszuführen, ohne dadurch den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Es leuchtet ein, daß Schwellenwertspannungen repräsentativ für bevorzugte Spannungen sind und das verschiedene Fahrzeugsysteme unterschiedliche Spannungsschwellenwerte erfordern können. In ähnlicher Weise sind die verschiedenen Zeitgeberwerte repräsentativ für bevorzugte Werte, obwohl andere Weste ausgewählt werden können, ohne dabei den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Darüber hinaus leuchtet ein, daß andere Details der bevorzugten Ausführungsform und der alternativen Ausführungsform variiert werden können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, wie er in den nachfolgenden Ansprüchen definiert ist.

Claims

1. Schaltung zum Steuern des Ladens einer Starter-Ladungsenergiequelle eines Kraftfahrzeuges und zum Steuern einer Ladungszuführung von einer Reserve-Ladungsenergiequelle des Kraftfahrzeuges, wobei der Schaltkreis folgendes umfaßt, eine Ladeschaltung (20) in einem Schaltungspfad zwischen der Starter-Ladungsenergiequelle (HPB) und der Reserve-Ladungsenergiequelle (RES) zum Umsetzen einer Spannung von der Reserve-Ladungsenergiequelle (RES) in eine Spannung, die zum vollständigen Laden der Starter-Ladungsenergiequelle (HPB) notwendig ist, und eine Steuerung (30), welche funktionell derart angeschlossen ist, daß diese einen Ladestand der Starter-Ladungsenergiequelle (HPB) und der Reserve-Ladungsenergiequelle (RES) mißt, wobei die Steuerung (30) die Ladeschaltung (20) Ein- und Ausschaltet, um in Abhängigkeit von dem Spannungspegel der Starter-Ladungsenergiequelle (HPB), in Abhängigkeit von dem Spannungspegel der Reserve-Ladungsenergiequelle (RES) und in Abhängigkeit von einem An Aus Zustand eines Kraftfahrzeugtriebwerkes die Starter-Ladungsenergiequelle (HPB) mit der Ladeschaltung (20) zu verbinden oder von dieser zu trennen, wobei die Schaltung gekennzeichnet ist durch: eine schaltbare Vorrichtung (18), welche in den Schaltungspfad von der Starter-Ladungsenergiequelle (HPB) zu der Reserve-Ladungsenergiequelle (RES) geschaltet ist, wobei die schaltbare Vorrichtung (18) zum Trennen der Starter-Ladungsenergiequelle (HPB) von der Ladeschaltung (20) und zum Verbinden der Starter-Ladungsenergiequelle (HPB) mit der Reserve-Ladungsenergiequelle (RES) und einer Drehstromlichtmaschine (14) schaltbar ist.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (30) ferner derart ausgebildet ist, daß diese in Abhängigkeit von einem Aus-Zustand des Kraftfahrzeuges, welcher von einem Spannungspegel der Starter-Ladungsenergiequelle (HPB) gegeben ist, die Reserve-Ladungsenergiequelle (RES) über die Ladeschaltung (20) mit der Starter-Ladungsenergiequelle (HPB) verbindet.

3. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (30) ferner derart ausgebildet ist, daß diese in Abhängigkeit von einem An-Zustand des Kraftfahrzeuges den Ladestrom von der Reserve-Ladungsenergiequelle (RES) mit der Starter-Ladungsenergiequelle (HPB) für eine vorbestimmte Zeit verbindet.

4. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die schaltbare Vorrichtung ein Relais ist.

5. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schaltungspfad von der Drehstromlichtmaschine (14) über die schaltbare Vorrichtung (18) zur Starter-Ladungsenergiequelle (HPB) vorgesehen und eine Strombegrenzungsvorrichtung (19) in diesem Schaltungspfad angeordnet ist.

6. Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Strombegrenzungsvorrichtung (19) ein Widerstand mit positivem Temperaturkoeffizienten ist, der in dem Schaltungspfad angeordnet ist.

7. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (30) eine programmierbare Logikschaltung und eine Taktschaltung umfaßt.

8. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Starter-Ladungsenergiequelle (HPB) für eine hohe Entladungsrate während des Startvorgangs des Kraftfahrzeuges optimiert ist.

9. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reserve-Ladungsenergiequelle (RES) auf eine Gesamtenergiekapazität optimiert ist.

10. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (30) derart ausgebildet ist, daß diese ein Spannungspotential der Starter-Ladungsenergiequelle (HPB) oder der Reserve-Ladungsenergiequelle (RES) bzgl. eines Schwellwertes detektiert und wahlweise die Reserve-Ladungsenergiequelle (RES) von der Starter-Ladungsenergiequelle (HPB) trennt, wenn das Spannungspotential relativ zum Schwellwert detektiert wird.

11. Schaltung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellwert eine vollständig geladene Starter-Ladungsenergiequelle (HPB) repräsentiert.

12. Schaltung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellwert einen Entladezustand der Reserve-Ladungsenergiequelle (RES) repräsentiert.

13. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Starter-Ladungsenergiequelle (HPB) eine Batterie ist.

14. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reserve-Ladungsenergiequelle (RES) eine Batterie ist.

15. Verfahren zum Steuern des Ladens einer Starter-Ladungsenergiequelle in einem Fahrzeug und zum Steuern einer Ladungszuführung von einer Reserve-Ladungsenergiequelle des Kraftfahrzeuges, mit folgenden Schritten:

Messen des Ladezustands der Starter-Ladungsenergiequelle;

Messen des Ladezustands der Reserve-Ladungsenergiequelle;

Messen des An-Aus-Zustandes des Fahrzeugtriebwerkes;

wahlweise entweder elektrisch Verbinden der Starter-Ladungsenergiequelle mit der Reserve-Ladungsenergiequelle über eine Ladeschaltung oder elektrisch Verbinden der Starter-Ladungsenergiequelle mit der Reserve-Ladungsenergiequelle und einer Drehstromlichtmaschine unter Umgehung der Ladeschaltung in Abhängigkeit von dem Spannungspegel der Starter-Ladungsenergiequelle, in Abhängigkeit von dem Spannungspegel der Reserve-Ladungsenergiequelle und in Abhängigkeit von dem An-Aus-Zustandes des Fahrzeugtriebwerkes; und

Umsetzen einer Spannung der Reserve-Ladungsenergiequelle mittels der Ladeschaltung in eine Spannung, welche zum vollständigen Laden der Starter-Ladungsenergiequelle erforderlich ist.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbinden der Starter-Ladungsenergiequelle mit der Reserve-Ladungsenergiequelle über eine Ladeschaltung in Abhängigkeit von einem Aus-Zustand des Kraftfahrzeuges, der von dem Spannungspegel der Starter-Ladungsenergiequelle repräsentiert wird, ausgeführt wird.

17. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbinden der Starter-Ladungsenergiequelle mit der Reserve-Ladungsenergiequelle über die Ladeschaltung für eine vorbestimmte Zeitspanne in Abhängigkeit von einem Fahrzeugzustand ausgeführt wird.

18. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß ein Spannugspotential von der Starter-Ladungsenergiequelle oder der Reserve-Ladungsenergiequelle bzgl. eines Schwellwertes detektiert und wahlweise die Reserve-Ladungsenergiequelle (RES) von der Starter-Ladungsenergiequelle (HPB) trennt, wenn das Spannungspotential relativ zum Schwellwert detektiert wird.